PENGUJIAN  TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE U TIGA SUDU DI LOKASI PANTAI AIR TAWAR PADANG
Ruzita Sumiati (1)
(1) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang

## ABSTRACT
Sumber  energy  terbesar  yang  dimanfaatkan  saat  ini  masih  dominan  berasal  dari fossil.  Sumber  energy  fossil  bersifat  non  renewable  sehingga  lama  kelamaan  akan habis dan energy fosil juga tidak ramah lingkungan karena menghasikan gas CO 2 . Oleh  karena  itu  saat  ini  sangat  banyak  penelitian  dilakukan  tentang  energi terbarukan  agar  mendapatkan    sumber  energy  baru  yang memiliki  dampak  positif bagi  lingkungan      dan  bersifat  renewable.  Salah  satu  sumber  energi  terbarukan yang  ramah lingkungan  dan  mudah  untuk  didapat  adalah energi  angin.  Penelitian ini  membahas tentang  pemanfaatan energy  angin  sebagai penghasil listrik  dengan menggunakan  turbin  angin  savonius.  Tujuan  yang  hendak  dicapai  adalah mengetahui  unjuk  kerja  turbin  angin  savonius  tipe  U  tiga  sudu  melalui  pengujian terhadap    variable  ukur  yaitu    kecepatan  angin,  kecepatan  putar  rotor  dan  daya yang  dihasilkan  alternator.  Lokasi  pengujian  di  pantai  Air  Tawar  Padang.  Dari hasil  pengujian  didapatkan    putaran  maksimum  rotor  adalah  196  rpm  pada kecepatan  angin  7,9m/s,  besar  daya    126  watt.  Untuk  putaran  minimum  rotor  53 rpm pada kecepatan angin 2,7 m/s tidak mampu menghasilkan daya karena putaran pada poros alternator setelah melewati system transmisi menjadi 156 rpm sehingga tidak  mampu  membangkitkan  listrik,  dimana  spesifikasi  alternator  yang  dipakai baru mampu menghasilkan listrik jika putaran besar dari 300rpm.

## Keyword: Wind Turbine, Renewable energy, Savonius

## 1. PENDAHULUAN
Isu    tentang  energi merupakan  salah  satu  tantangan terbesar yang dihadapi masyarakat saat ini di dunia. Lebih  dari  86%  dari  energi  dunia  saat  ini  berasal dari  bahan  bakar  fosil,  sementara  itu  permintaan kebutuhan  energi  di  seluruh  dunia  terus  tumbuh pesat  [2].    Sebagai  mana  yang  kita  ketahui  sumber energi fosil sifatnya non renewable   jika  kita tetap bertahan  hanya  menggunakan  energi  fosil  sebagai sumber energi  maka suatu saat sumber energi akan habis.    Kemudian  pemakaian  energi  listrik  yang bersumber  dari  fosil  juga  berefek  pada peningkatan kadar emisi (CO2) di udara sehingga terjadinya efek rumah kaca [2]
Sejak  tahun  2011  sampai  saat  ini  sering  sekali terjadi    pemadaman  lampu  bergilir  kususnya  di wilayah  sumatera  Barat.  Perusahaan  Listrik  Negara (PLN)  terpaksa  melakukan  pemadaman  listrik bergilir di Sumatera Barat karena  pasokan listrik di wilayah Sumatra Barat devisit 20 Megawatt selama masa  maintenance[6].  Berdasarkan  hal  tersebut diatas ada dua hal yang seharusnya dilakukan secara simultan  untuk  menghadapi  masalah  tersebut: konservasi  dan  diversifikasi  sumber  energi.  Jadi,
melakukan usaha penghematan konsumsi energi dan kemudian  pada  saat  yang  sama,  juga  melakukan pencarian  dan  penggunaan  secara  intensif  sumber energi  terbarukan  ( renewable  energi  resources ) [10].
Salah satu sumber energy terbarukan adalah energy angin.  Energi  angin  merupakan  salah  satu  sumber daya yang berlimpah, ramah lingkungan dan bersifat renewable,  untuk  itu  sangat  berpotensi  untuk dikembangkan.    Kondisi  data  kecepatan  angin Indonesia  khususnya  kota  Padang  mempunyai kecepatan angin rendah  berkisar antara 3m/s  - 7m/s jadi jenis turbin angin vertikal exis  savonius dirasa sangat  cocok  untuk  diterapkan  karena  lebih  mudah berputar  pada  kondisi  kecepatan  angin  rendah. Turbin  angin  savonius  memiliki  self  starting  yang baik  sehingga  mampu  memutar  rotor  walaupun kecepatan  angin  rendah,  selain  itu  torsi  yang dihasilkan relative tinggi (Salgorzey, 2007).
Menurut  penelitian  Hendra  A  (2012),  dalam penelitiannya  yang  berjudul  Pengaruh  Jumlah  Sudu Terhadap  Unjuk  Kerja  Turbin  Angin  Savonius. Menggunakan  metode  penelitian  eksperimental dengan  variasi  jumlah  sudu  :  2,  3,  dan  4  buah.
Didapatkan hasil bahwa turbin angin dengan jumlah sudu  3  buah  memiliki  unjuk  kerja  yang  lebih  baik dibanding dengan sudu yang lain.
Adapun permasalahan pada penelitian ini ini adalah bagaimana  menguji  unjuk  kerja  turbin  angin savonius tipe U  yang menggunakan sudu berjumlah tiga  buah  sehingga  dapat  digunakan  sebagai pembangkit  listrik  skala  kecil  yaitu  angin  sebagai sumber  energi.  Tujuan  penelitian  ini  ini  adalah untuk  membuat  dan  menguji  turbin  angin  savonius bentuk  sudu    U  yang  memiliki  jumlah  sudu  3  buah melalui karakteristik perbandingan terhadap putaran pada variasi kecepatan angin.

## 2. TEORI DASAR
2.1 Prinsip Dasar Turbin Angin
Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di  alam,  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara  kerjanya  cukup  sederhana,  energi  angin  yang memutar  turbin  angin,  diteruskan  untuk  memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga  akan  menghasilkan  energi  listrik.  Energi Listrik  ini  biasanya  akan  disimpan  kedalam  baterai sebelum  dapat  dimanfaatkan.  Secara  sederhana sketsa kincir angin adalah sebagai berikut :
Gambar 2.1 Bagian-Bagian Turbin Angin Sumber: lugiromadoni.blogspot.com
Prinsip  dasar  anemometer  baling-baling  sama dengan turbin angin. Hal yang terpenting dari turbin angin  adalah  menghasilkan  daya.  Daya  merupakan
fungsi  dari  kecepatan  angin  dan  luas  sapuan  sudu (Blade).

## 2.2 Turbin Angin Savonius
Turbin  angin  dengan  konstruksi  sederhana  yang ditemukan oleh sarjana Finlandia bernama Sigurd J. Savonius  (1922).  Turbin  yang  termasuk  dalam kategori  TASV  (Turbin  Angin  Sumbu  Vertikal)  ini memiliki  rotor  dengan  bentuk  dasar  setengah silinder.  Konsep  turbin  angin  savonius  cukup sederhana, prinsip  kerjanya  berdasarkan  differential drag windmill.
Gambar 2.2 Turbin Angin Savonius Sumber: www.reuk.co.uk/Savonius-Wind-Turbines.htm
Turbin angin savonius adalah jenis turbin angin tipe drag, dimana turbin ini  menghasilkan daya dengan memanfaatkan gaya drag yang di hasilkan dari tiap- tiap  sudunya.  Drag  merupakan  gaya  yang  bekerja berlawanan  dengan  arah  angin  yang  menumbuk sudu (White, 1986: 412).Turbin angin savonius bisa berputar  pada  kecepatan  angin  rendah,  proses manufactur  turbin  savonius  mudah  dan  memiliki koofisien daya rendah.  Pola aliran udara pada sudu turbin angin tipe U  dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Pola aliran Udara sudu tipe U
Pengujian Turbin angin Savonius Tiga Sudu Di Pantai Air Tawar Padang  (Ruzita Sumiati)

## 2.3 Daya Total
Angin  adalah  udara  yang  bergerak.  Dengan kerapatan  udara  dan  kecepatan  tertentu,  angin mempunyai tekanan angin dinamik yang diformulasikan sebagai berikut :
2 2 1 V q   (1)
dimana q= tekanan dinamik angin
ρ= kerapatan udara
V= kecepatan angin
Tekanan  angin  dinamik  yang  menerpa  suatu  luas sapuan  tertentu  akan  menghasilkan  gaya  angin. Dengan  demikian  gaya  angin  diperoleh  dari perkalian  antara  tekanan  angin  dinamik  dan  luas sapuan sebagai berikut :
qA F  (2)
dimana F = gaya angin A = luas sapuan
Angin  bertiup  menerpa  rotor.  Oleh  karena  itu luas  sapuan  dalam  hal  ini  adalah  luas  rotor, yaitu
2 4 1 D A   (3)
dimana D = diameter rotor
Secara definisi perkalian antara gaya angin dan kecepatan  angin  menghasilkan  daya  angin, yaitu
FV P angin  (4)
Angin  bertiup  menerpa  rotor  dengan  luas sapuan tertentu. Namun tidak semua daya angin dapat  diserap  oleh  rotor.  Besarnya  daya  angin yang dapat diserap oleh rotor sangat tergantung pada  prestasi  rotor,  yang  mana  biasanya dinyatakan dalam koefisien daya, c P . Berdasarkan  hal  tersebut  maka  persamaan    4 dapat ditulis ulang menjadi
angin P rotor P c P  (5)
Salah  satu  variable  yang  penting  di  dalam pengujian turbin angin adalah nilai Brake Horse Power yaitu  daya  dari  turbin  yang  diukur setelah mengalami pembebanan yang
disebabkan  oleh  generator, gearbox ,  pompa ataupun  perangkat  tambahan  lainnya. Brake yang  dimaksud  adalah  suatu  peralatan  yang digunakan  untuk  memberikan  beban  pada turbin sehingga putarannya dapat terjaga secara konstan.
Dalam  percobaan Brake  Horse  Power diukur melalui  tegangan  dan  arus  yang  keluar  dari generator listrik yang digunakan untuk pembangkit  listrik  pada  turbin  angin.  Dengan mengukur  besarnya  tegangan  (v)    dan  arus   (I) yang dihasilkan, dapat diketahui besarnya daya generator.
I V P Generator .  (6)
Dimana : P gen  =Daya generator listrik (Watt) V =Tegangan generator listrik (Volt)
I   = Arus listrik (Ampere)
Besarnya  Brake  house  Power  dapat  dihitung dengan persamaan berikut ini:
enerator EfisiensiG tor DayaGenera ePower BreakeHous  (7)
Besaran  yang  juga  memegang  peranan  penting dalam  pengujian  sebuah  turbin  angin  adalah pengukuran  Torsi.  Torsi  biasa  disebut  juga momen  atau  gaya  yang  menyatakan  benda berputar  pada  suatu  sumbu.  Torsi  juga  bisa didefinisikan  ukuran  keefektifan  gaya  tersebut dalam  menghasilkan  putaran  atau  rotasi mengelilingi  sumbu  tersebut.  Besar  torsi  dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
60 / ) . . 2 ( generator Generator Daya Torsi    (8)
Dimana: generator =  Putaran generator (rpm)

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Metode  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini  adalah metoda  penelitian  eksperimen,  yaitu  dengan melakukan  pengamatan  atau  pengukuran  terhadap variable yang ditentukan untuk mengetahui kemampuan  kerja  turbin  angin  savonius  yang  telah dirancang dan dibuat yaitu dengan bentuk sudu tipe U jumlah sudu 3.

## 3.1 Disain Turbin
Gambar 3.1 Rancangan turbin angin savonius tipe U dan Rangka dudukan
Adapun  spesifikasi  turbin  angin  yang  diuji  ini adalah  diameter  rotor  83  cm  diameter  masing- masing  sudu  40  cm  bahan  pembuat  sudu  seng  plat tebal  1  mm,  tinggi  sudu  150  cm.  Bahan  poros terbuat dari besi profil bulat pejal panjang 19,55 cm dengan  diameter  3  cm.    Transmisi  yang  digunakan adalah transmisi roda gigi dibuat dengan menggunakan  mesin  milling.  Roda  gigi  besar  dan kecil dibuat dengan perbandingan 3:1
Gambar 3.2 : Sistem transmisi roda gigi yang dipakai
Bantalan  yang  digunakan  adalah  ball  bearing digunakan    2  buah  yaitu  pada  poros  sudu  dan bantalan poros roda gigi.  Untuk pembangkit listrik digunakan alternator.

## 3.2 Lokasi Penelitian
Pengujian  turbin  angin  dilakukan  di  lokasi  pinggir pantai  Perumnas  Air  Tawar  Padang.  Kecepatan angin disekitar pinggir pantai cukup baik dibanding lokasi  yang  lainnya  di  kota  Padang  rata-rata kecepatan angin adalah 5,7 m/s.

## 3.3 Alat dan Bahan
Adapun  peralatan  yang  digunakan  dalam  pengujian ini sebagai berikut:
Tabel  1.Daftar  peralatan  yg  digunakan  dalam pengujian Anemometer : pengukur kecepatan angin. Alternator     : Berfungsi sebagai pengubah energy gerak menjadi energy listrik
Pengujian Turbin angin Savonius Tiga Sudu Di Pantai Air Tawar Padang  (Ruzita Sumiati)
Tachometer  : alat untuk mengukur putaran tiap menit (rpm)
Beban           : Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.  Digunakan lampu
Multitester   :
Berfungsi sebagai alat ukur arus
(i) dan tegangan (v) untuk mendapatkan nilai daya yg dihasilkan generator

## 3.4 Prosedur Pengujian
Pengujian dilakukan dalam tahapan-tahapan sebagai berikut:
1. Melakukan  pengujian  kecepatan  angin  disekitar lokasi  tempat  pengambilan  data.  Pengujian dilakukan  selama 2 hari  dari  jam  7  pagi  sampai jam 6 sore. Data diambil tiap 1 jam berselang.
2. Melakukan pengujian Alat
 Instalasi turbin angin savonius di pasang di pinggir  pantai.  Pengujian  pertama  adalah pengujian  putaran  dengan  alat  ukur tachometer  variable  yang  diukur  adalah kecepatan  putar rotor turbin  dan  kecepatan putar  output  bersamaan  dengan  pengujian kecepatan  angin  saat  itu  diukur  dengan anemometer.
 Kemudian  pengujian  kedua  pengukuran daya  keluaran  generator  dengan  cara mengukur tegangan dan arus pada keluaran generator  dengan  multimeter.  Berdasarkan data  hasil  pengukuran  tegangan  dilakukan perhitungan  untuk  menentukkan  besarnya arus dan daya keluaran dari turbin.
Dengan  pengujian  ini  diharapkan  agar  diketahui unjuk  kerja  turbin  angin  yang  telah  dibuat  yaitu turbin  angin  savonius  tipe  U  sehingga  dengan hasil yang  didapat  bisa  dilakukan  perbaikan  untuk meningkatkan  kinerja turbin  angin ini dan nantinya dapat  dimanfaatkan  untuk  menghasilkan  energy listrik.

## 4. PEMBAHASAN
4.1  Kecepatan Angin
Pengujian  kecepatan  angin  dilakukan  pada  tanggal 20  Mai  2012  di  daerah  pantai  Air  Tawar  Padang. Pengujian  dengan  menggunakan  anemometer. Pengujian  ini  dilakukan  dari  jam  7  WIB  –  Jam  18 WIB.dari  hasil  pengujian  didapat  kecepatan  angin sebagai berikut:

## Gambar 4.1: Grafik kecepatan angin dan waktu
Dilihat  dari  grafik  4.1  diketahui  rata-rata  angin  di daerah  pantai  air  tawar  adalah  5,7  m/s.  Dan kecepatan  maksimum  adalah  pada  jam  15  wib. Kecepatan angin dari jam 3 sore sampai jam 6 sore cendrung  tinggi  disaat  pengujian  dilakukan  yaitu berkisar  antara  6-7  m/s.  Menurut  keterangan penduduk setempat angin cendrung kencang sekitar jam 15 wib sampai jam 18 wib. Di pagi hari keadaan angin  cendrung  tenang  jadi  pemanfaattan  potensi angin di daerah ini maksimal disore hari.

## 4.2  Putaran Rotor
Pengukuran  Kecepatan  rotor    turbin  yang  diukur dari  jam  7  sampai  jam  18  wib  adalah    sebagai berikut:
Gambar 4.2 Putaran Turbin Diukur dari Jam 7-18 wib
Putaran    rpm  maksimum    poros  didapat  pada kecepatan  angin  maksimal  pada  saat  pengujian dilakukan  yaitu  7,9  m/s    menghasilkan  putaran sebesar 196  rpm  sementara itu putaran pada poros generator  menjadi  tiga  kali  lipat  putaran  poros karena  menggunakan  sistem  transmisi  roda  gigi dengan perbandingan gigi 1:3 sehingga putaran pada generator  menjadi    588 rpm.  Saat  pengujian  alat  di pantai  air  tawar  padang  putaran  masimal  di  dapat sekitar  pukul  15  wib.  Untuk  putaran  minimal didapat  pada  kecepatan  angin  2,7  m/s  dengan putaran  rotor    52  rpm  sehingga  kecepatan  pada poros  generator  didapat  sebesar  156  rpm  data didapat sekitar pukul 7 wib.

## 4.3  Daya Alternator
Pengujian  terhadap  daya  yang  dihasilkan  alternator melalui  pengukuran  tegangan  dan  arus  keluaran alternator.  Daya  didapatkan  dari  perkalian  antara tegangan dan arus. Pengukuran dilakukan setiap jam dari jam 7 pagi sampai jam 18 wib. Data daya yang dihasilkan  oleh  alternator  disajikan  oleh  grafik berikut  diurut  berdasarkan  kecepatan  angin  terkecil sampai terbesar :
Gambar 4.4 Grafik Daya generator dan kecepatan angin
Dari  grafik  dapat  dilihat  bahwa  daya  baru  dapat dihasilkan  sebesar  6  watt  pada  kecepatan  angin  5,5 m/s  dengan  putaran  rotor  150  rpm  atau  456  rpm pada  poros  alternator  hal  ini  disebabkan  karena alternator  yang  dipakai  spesifikasinya  memiliki putaran minimum 300rpm baru mampu menghasilkan  listrik.    Jika  putaran  yang  diberikan kurang  dari  300  rpm  maka  arus  dan  tegangan bernilai  nol.  Daya  maksimum  dihasilkan  pada kecepatan angin 7,9 m/s yaitu sebesar 126 watt.
Berdasarakan  grafik  hubungan  kecepatan  putar turbin  angin  dan  kecepatan  angin  dan  grafik hubungan  daya  dan  kecepatan  angin  menunjukkan bahwa  seiring  dengan  kenaiikan  kecepatan  angin semakin  meningkat  juga  kecepatan  putar  turbin angin dan dengan semakin meningkatnya kecepatan
putar turbin angin maka daya yang dihasilkan turbin angin juga semakin besar.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1  Kesimpulan
Dari  uraian  diatas  dapat  disimpulkan  bahwa pengujian yang dilakkukan di lokasi pantai air tawar padang terhadap unjuk kerja   turbin angin savonius tipe  U  tiga  sudu  dengan  spesifikasi  diameter  rotor 83  cm  diameter  masing-masing  sudu  40  cm  bahan pembuat sudu seng plat tebal 1 mm, tinggi sudu 150 cm.  Bahan  poros  terbuat  dari  besi  profil  bulat  pejal panjang  19,55  cm  dengan  diameter  3  cm, menggunakan  system    transmisi  roda  gigi  dengan perbandingan  3:1  mampu  mengasilkan  daya maksimal  sebesar    126  watt  pada  putaran  rotor turbin  196  rpm  atau  putaran  poros  generator  588 rpm putaran tertinggi di dapat sekitar pukul 13 wib waktu  setempat.  Alternator  mampu  menghasilkan listrik disaat putaran pada poros alternator besar dari 300  rpm  hal  ini  dikarenakan  spesifikasi  alternator yang  digunakan  dengan minimum rpm  sebesar  300 rpm. Untuk kecepatan angin minimum 2,7 m/s tidak mampu  menghasilkan  daya  karena  putaran  yang dihasilkan  rendah  yaitu  sebesar  52  rpm  pada  rotor dan  156  rpm  pada  poros  generator  sehingga  tidak mampu membangkitkan listrik pada alternator yang dipakai.

## 5.2  Saran
Dari  pengujian  terhadap  turbin  angin  yang  kami rancang  ini    didapat  hasil  yang  belum  maksimal untuk  kelanjutan  pengembangannya  disarankan untuk  memaksimalkan  energy  angin  yang  diterima oleh sudu disarankan memakai pengarah  kemudian untuk  mendapatkan  putaran  dengan  efisiensi  yang baik  disarankan  pemakaian  bearing  yang  mampu menahan  beban  aksial  dan  radial  sehingga  putaran rotor lebih stabil.

## 6. UCAPAN TERIMAKASIH
Kepada  Politeknik  Negeri  Padang  yang  telah mendanai  penelitian  ini    yaitu  didanai  oleh  dana Dipa Politeknik Negeri Padang dengan No Kontrak: 290/PL9.1.4/LT/2012

## PUSTAKA
1. Aji,  Riangga .  2011  : Pengaruh  Variasi  Tinggi Sudu Terhadap Performansi Vertical Axis Wind Turbine Jenis Savonius Type-U ; Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik  Universitas Brawijaya.
2. Darwin, Roy . 2004. Effects of Greenhouse Gas Emissions on World Agriculture, Food
Pengujian Turbin angin Savonius Tiga Sudu Di Pantai Air Tawar Padang  (Ruzita Sumiati)
Consumption,  and  Economic  Welfare .  Journal of Climate Change, 66(2004) page 191-238
3. Djojodihardjo,  H.,  J.P.  Molly , Wind  Energy
Systems , Penerbit Alumni, Bandung, 1983,
4. Eric Hau , 2005. Wind Turbines Fundamentals.
5. Heier,  S ., Grid  Integration  of  Wind  Energy Conversion  Systems ,  John  Wiley  &  Sons  Ltd., Chichester, 1998.
6. Harian  Padang  Expres .  25  Maret  2012. Pemadaman  lampu  Bergilir  Selama  Masa Maintenance Unit Pembangkit PLN
7. Hermawan . 2010 : Unjuk Kerja Model Trubin Angin  Poros  Vertikal  Tipe  Savonius  Dengan Variasi  Jumlah  Sudu  Dan  Variasi  Posisi  Sudu; Jurusan  Teknik  Mesin  Dan  Industri  Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.
8. Karnowo ;  2008:  Pengaruh  Perubahan  Overlap Sudu  Terhadap  Torsi  Yang  Dihasilkan  Turbin Angin Savonius Tipe U, Majalah Ilmiah STTR, Cepu
9. Koch,  J  U.  Dayan,  dan  Mey  Marom .  2000. Inventory  of  Emission  of  greenhouse  Gases  in Israel.  Journal  of  Water,  Air,  &  Soil  Polution,
123(2000) page 259-271.
10. Majalah
Teknologi , Konservasi
dan
Diversivikasi  Energi ,  PT.  Darma  Yasamas
Teknindo, Jakarta, Oktober 1999
11. Sargolzay,  J .  2007.  Prediction  of  The  Power Ratio  in  Wind  Turbine  SavoniusRotors  Using
Artifical NeuralNetworks.Zahedan:Baluchestan
University
12. Soedomo , Moestikahadi.1999. Pencemaran Udara. Bandung: Penerbit ITB
13. Tylene Levesque , 2007. Micro Wind Turbines: Small Size, Big Impact
14. White  F.M .,  Mekanika  Fluida,  Jilid  2,  Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988